ARM汇编基础

基础

CPU、寄存器、内存、指令的关系

CPU用于处理各种指令，寄存器用于暂时存放各种指令所需要的参数，内存相当于一个大寄存器，用于长期存储指令所需要的各种数据

ARM架构家族

ARM Architecture (ARMv7,ARMv8,ARMv6-M等)：是一套指令集架构（ISA）,定义了基本的指令，寄存器，异常模型和内存模型

Cortex Series:基于架构实现的具体处理器核心设计

特性	Cortex-A**(Application)**	Corter-M**(Microcontroller)**	Cortex-R (Real-time)
运行的OS	Linux,Android,Windows	FreeRTOS, Zephyr, μC/OS	RTOS (有MPU)
架构版本	ARMv7-A，ARMv8-A，ARMv9-A	ARMv6-M, ARMv7-M, ARMv8-M	ARMv7-R, ARMv8-R
核心特征	有内存管理单元（MMU)	无MMU，有MPU (内存保护单元)	有MPU，强调高实时性
应用举例	手机、平板、电视	IoT传感器、智能家居设备、穿戴设备、电机控制	硬盘控制器、汽车刹车系统、通信基带

ARM状态与Thumb状态

ARM状态

指令集：执行ARM指令集

指令长度：32位，4个字节长度

Thumb状态

指令集：执行Thumb指令集

指令长度：每条指令是16，2个字节长度

特点：

1.代码密度高：其大小是ARM代码的65%，极大降低存储成本

特性	ARM 状态	传统 Thumb 状态	Thumb-2 技术
架构版本	ARMv4T 及之后	ARMv4T 至 ARMv5TE	ARMv6T2, ARMv7 及之后
指令长度	32位	16位	混合：16位 & 32位
代码密度	低 (~100%)	高 (~65%)	很高 (~74%)， 接近纯Thumb
性能	高	较低	非常高，接近纯ARM
主要应用	早期高性能应用	极致追求代码密度的v5/v6设备	现代主流：Cortex-A, R, M系列
状态切换	需要与Thumb切换	需要与ARM切换	在Cortex-M上无状态概念，只有一种模式

大端小端

小端：低位字节存放在低地址

#逆顺序
0x78563412
最高位：0x78
最低位：0x12

大端：低位字节存放在高地址

#正顺序
0x12345678
最高位：0x12
最低位：0x78

特性	小端模式 (Little-Endian)(当前主流)	大端模式 (Big-Endian)
存储顺序	低位字节在低地址	高位字节在低地址
人类可读性	反直觉，需从后往前读	直观，与书写顺序一致
主流架构	Intel x86, ARM (默认)	网络字节序, Motorola 68k

静态分析

寄存器专题

R0-R3：参数/结果寄存器

功能：用于向函数传递前4个参数，如果参数超过4个，多余的会通过栈传递，R0在函数返回时，通常用于存放函数的返回值

R4-R8,R10-R11：变量寄存器

功能：用于函数内部的局部变量，如果一个函数要使用他们比如使用前保存其值(压入栈)，并在函数返回前恢复原值

R7：帧指针，指向栈帧底部

R9：取决具体ABI,可能是变量寄存器，也可以有其他用途

R12：内部过程调用临时寄存器

R13：栈指针SP，指向栈帧顶部

R14：又叫LR(Link Register),用于保存函数的返回地址

R15：PC,程序计数器，指向下一条执行的指令

指令集专题

数据传输指令

#Mov 简单理解为复制
MOV R0，R1  #R0=R1
MOV R0,42  #R0=42

#LDR：加载，从内存读取数据到寄存器
LDR R0,[R1] #[]代表把寄存器中值当作一个内存地址，然后去访问
LDR R0,[R1,4] #是基址偏移模式，R0=*(R1+4)
LDR R0,[R1,4]! #前变址模式，先变化地址，在加载，R1=R1+4，R0=*R1
LDR R0,[R1],4 #后变址，R0=*R1+4

#STR：存储，把寄存器中的数据写入内存
STR R0,[R1] #R0的值存储到R1指向的内存地址
其他与LDR类似

算数运算指令

#ADD/SUB/MUL/AND/ORR/EOR 加/减/乘/与/或/异或
ADD R0,R1,R3 # R0=R1+R3
ADD R0,R1,10, #R0=R1+10

比较与分支命令

#CMP：比较指令，其实是相减是否为0
CMP R1,R2 #R1-R2是否为0

#分支指令
BEQ label # 相等时跳转
BNE label # 不等时跳转
BGT label # 大于时跳转
BLT label # 小于时跳转
BGE label # 大于等于时跳转
BLE label #